Самозакаливающиеся материапы (стали).

Примечания: 1. Механические свойства материалов соответствуют средним массовым долям углерода, легирующих элементов и минимальному значению плотности, указанным в обозначении марок сталей.

2. Нормы временного сопротивления при растяжении, относительного удлинения и твер-достги материалов являются справочными и приведены для выбора марок материалов.

3. Для марок материалов с плотностью 7,4 г/см и более, а также для самозакаливающихся материалов свойства приведены для отожженного состояния.

4. Необходимость контроля физико-механических свойств материалов должна быть указана в нормативно-технической документации на конкретное изделие или на чертеже конструкторской документации.

Изделия из первой группы не рассчитывают на прочность, размеры выбираются из конструктивных и технологических соображений. Эти изделия изготовляют из стандартных порошков среднего качества, используя технологию прессования и спекания; термическую обработку применяют редко. При изготовлении деталей второй группы прибегают к операциям допрессовки и повторного спекания, после которых в большинстве случаев следует термическая обработка. Детали третьей и особенно четвертой групп получают методами активированного спекания, пропитки, жидко-фазного спекания, горячей обработки давлением с последующей термической и термомеханической обработками. Эти детали работают не только при статических, но и при динамических нагрузках, поэтому требования к остаточной пористости, химическому составу, наличию включений в структуре тщательно регламентируются .

В табл. 2.4 приведены механические свойства некоторых конструкционных порошковых сталей. Наиболее распространенные легирующие элементы - медь, никель, молибден, хром. Подавляющее большинство этих сталей изготовляют из смеси исходных компонентов, хотя достаточно распространены и материалы на основе низколегированных порошков, получаемых, в частности, распылением расплава.

В соответствии с ГОСТ 28378 - 89 условное обозначение марок порошковых сталей состоит из букв и цифр. Буквы указывают: П -на принадлежность материала к порошковому; К - на назначение материала - конструкцион-

ный; остальные буквы - на содержание легирующих компонентов (Д - медь, X - хром, Ф -фосфор, К - сера, М - молибден, Г - марганец, Т - титан, Н - никель). ОсИову материала в обозначении марок не указывают.

Цифры, стоящие после букв ПК, указывают на среднюю массовую долю углерода в сотых долях проценгга. Массовую долю углерода, равную 1 %, в обозначении марки материала не указывают. Цифры, стоящие после букв, указывают на массовую долю в материале легирующих компонентов в процентах; отсутствие цифры означает, что массовая доля компонента меньше или равна единице.

Условное обозначение конструкционного порошкового материала состоит из обозначения его марки и через дефис - минимальной плотности (г/см).

Примеры условных обозначений: порошковой конструкционной малоуглеродистой стали со средней массовой долей углерода 0,1% и минимальной плотностью 6,8 r/cuh

ПК10-68 ГОСТ 28378 - 89; порошковой конструкционной медьникелевой стали со средней массовой долей углерода 0,4%, никеля 2%, меди 2% и минимальной плотностью 6,4 г/см:

ПК40Н2Д2-64 ГОСТ 28378 - 89; порошковой конструкционной хромистой стали со средней массовой долей углерода 1%, хрома 6% и минимальной плотностью 7,4

ПКХ6-74 ГОСТ 28378 - 89.

Методы ПМ дают возможность получения изделий й из высоколегированных сталей, в том числе высокопрочных мартенситноста-реющих. Стали типа СПН13К15М10, полученные прессованием смеси компонентов и спеканием в вакууме при 1250 - 1300 °С, после старения при температуре примерно 500 °С в течение 3 ч приобретают прочность не менее 2000 МПа. Все более широко применяют материалы на основе бронзы, латуни, алюминия, титана и других цветных металлов и сплавов.

Из жаропрочных материалов следует выделить сплавы на основе алюминия, титана, никеля и нитрида кремния. Литые деформированные алюминиевые сплавы разупрочняют-ся в результате коалесценции диспергирующих частиц и огрубления структуры при температурах выше 150 °С. Дисцерсноупрочненный карбидами и оксидами алюминий (торговая марка Dispal, объемное содержание включений 14 %) обладает достаточно высокими механическими свойствами до 300 - 400 °С и низкой скоростью ползучести. Размер зерна в готовом материале составляет 0,6 - 1,5 мкм, размер дисперсных включений - 0,18 - 0,85 им; прочность при комнатной температуре - 370 МПа, 5 - 10 %, усталостная прочность - 115 МПа, прочность при 300 °С - 200 МПа.

Жаропрочные титановые сплавы могут бьпъ изготовлены на основе смеси порошков исходных компонентов, легированных порош-

ков и порошков, полученных распьшением при высоких скоростях охлаждения.

Наиболее стабильные результаты пока достигнуты с использованием легированных порошков. Материалы типа ВТ6 (Ti - Mb - V) , изготовленные из легированных порошков, характеризуются высокой динамической прочностью. Применяют также сплавы Ti - Мо - А1, Ti - А1 - Zr - Mo - Si и др.

Наиболее распространенными из жаропрочных сплавов являются никелевые - основной материал для изготовления дисков и лопаток газовых турбин. Разработан ряд таких сплавов, содержащих хром, кобальт, молибден, алюминий, титан и другие Элементы (сплавы IN-100, MERL76, Rene95, ЖС6У, ЭП741, ЭП741Н). Показатели механических свойств, включая показатели 100-часовой прочности при 650 и 750 °С, для литых и деформированных сплавов ЭП741 (I) и сплавов, полученных горячим изостатическим прессованием (ГИП) порошков (II), приведены в табл. 2.5.

Существенное повьпиение эффективности работы газотурбинных двигателей может бьтть достигнуто при использовании нитрида кремния. Рабочая температура при применении материалов на основе 81зЫ4 может быть

повышена примерно на 250 - 300 С и составляет около 1370 °С. Некоторые свойства таких материалов приведены й табл. 2.6.

2.5. Механические свойства никелевых жаропрочных сплавов

2.6. Типичные свойства материалов на основе Si3N4

Нитрид кремния как хрупкое ковалент-ное соединение плохо прессуется и практически не спекается вплоть до температур 0,8 Гщ,-Оксидные добавки используют для активации спекания в результате образования жидкой фазы. Широко используют также метод горячего изостатического прессования (ГИП) и спекание прессованных порошков кремния в среде азота, сопровождающееся образованием

81зЫ4 (реакционное спекание). К перспективным относятся и материалы на основе сложных фаз типа (Si, А1)х(0, N)y, формула которых дала название этим материалам -сиалоны.

Инструментальные материалы. В группу инструментальных материалов входят твердые сплавы, быстрорежущая сталь и сверхтвердые материалы. Основные типы твердых сплавов приведены в табл. 2.7.

2.7. Классификация твердых сплавов

Обозначение вольфрамокобаль-товых сплавов - буквами ВК; цифра указывает на содержание кобальта; сплавы системы WC - TiC - Со обозначаются буквами ТК, соответственно цифры после этих букв указывают на содержание Ti и Со. Сплавы WC - TiC - ТаС - Со по аналогии, обозначают ТТК, а сплавы с железноникелевой связкой - ВЖН. Буквы после цифры относятся к структуре сплавов: М - мелкая; ОМ - особо мелкая; К - крупнозернистая; В - сплав повышенной вязкости; ВК - крупнозернистый сплав повышенной вязкости.

Обозначение безвольфрамовых сплавов следующее: ТН (TiC-Ni-Mo);

КНТ (TiC - TiN - Ni - Мо)) ; ТМ (Ti - NbC - -Ni - Mo); КХН (СГ2С2 - Ni); КХНФ (СГ3С2 - Ni - P) ; ферротикар (TiC - сталь); ЦМ332 (А120з-bO,6%MgO);

ВЗ, ВОК (AI2O3 с добавками TiC и других карбидов).

В табл. 2.8 приведены минимальные значения твердости и прочности на изгиб некоторых твердых сплавов.

Самые высокие показатели прочности характерны для высококобальтовых сплавов ВК. Более мелкое зерно способствует повышению твердости и износостойкости при резании инструментом из этого сплава, но на прочность оказывает немонотонное влияние процентное содержание кобальта. Прочность сплавов типа ТК, а также практически всех безвольфрамовых твердых сплавов ниже, чем прочность вольфрамокобальтовых твердых сплавов, в связи с более низкими значениями модуля упругости. Однако показатели твердости у сплавов ТК и безвольфрамовых достаточно высоки; эти сплавы обладают также хорошей окалиностойкостью, низкой склонностью к адгезии с обрабатываемыми материалами. Это обусловливает и сферу применения безвольфрамовых твердых сплавов - чистовая и получистовая обработка резанием, изготовление инструментальной оснастки.

К категории сверхтвердых материалов относятся искусственные алмазы и плотные модификации нитрида бора (табл. 2.9 и 2.10).

В табл. 2.9 приведены лишь некоторые основные типы сверхтвердых материалов, известны и другие марки. Нитрид бора, однако, более теплоустойчив-и химически более инертен. Температура графитизации алмаза составляет около 900 °С, кубический нитрид бора начинает переходить в графитоподобную модификацию при более высоких температурах (1200 - 1500 °С). Уровень срасностойкости быстрорежущей стали - 500 - 600 °С, твердых сплавов 600 - 700 °С, инструментальной керамики 900 - 1100 °С и сверхтвердых материалов 1000 - 1300 °С, однако именно из стали изготовляют основную массу инструмента. Наиболее распространенные стали этого класса Р6М5 (состав, %:0,8 - 0,88 С; 3,8 - 4,4 Сг; 5,5 - 6,5 W; 1,7 - 2,1 V; 5 - 5,5 Мо) и Р6М5К5 (тот же состав, но с добавлением 5 % Со). Главный недостаток литых быстрорежущих сталей - неравномерное распределение легирующих компонентов (и соответственно карбидов). Методы ПМ позволяют избежать это-